CH635712A5

CH635712A5 - TRANSISTOR SWITCH, PROVIDED WITH OVERCURRENT PROTECTION, WITH AUTOMATIC RESET.

Info

Publication number: CH635712A5
Application number: CH408680A
Authority: CH
Inventors: Marcel Lefebvre; Daniel Ruellan
Original assignee: Telemecanique Electrique
Priority date: 1979-05-30
Filing date: 1980-05-27
Publication date: 1983-04-15
Also published as: IT8022417A0; IT1130784B; ES491962A0; FR2458180A2; DE3020300C2; NL8003124A; ES8102436A1; JPS55162630A; US4430684A; GB2050741B; GB2050741A; BE883408A; DE3020300A1; JPS6352492B2; FR2458180B2

Description

L'invention se rapporte aux commutateurs pour la commande, par tout ou rien, du passage du courant dans une charge, du type utilisant au moins un transistor principal de commutation débloqué par injection d'un courant sensiblement constant dans sa base sous l'action d'un signal de commande. The invention relates to switches for controlling, by all or nothing, the passage of current in a load, of the type using at least one main switching transistor released by injecting a substantially constant current into its base under the action a control signal.

Parmi les utilisations de ces circuits, l'on peut citer la commutation des signaux de travail et de repos dans un détecteur de proximité ou de présence inductif ou à cellule photo-électrique alimenté en courant continue. Among the uses of these circuits, mention may be made of switching the work and rest signals in a proximity or inductive presence detector or with a photocell supplied with direct current.

Le problème que l'invention se propose de résoudre est celui de la protection du transistor principal de commutation contre les surintensités cou court-circuits aux bornes de la charge. The problem which the invention proposes to solve is that of the protection of the main switching transistor against overcurrents neck short circuits at the terminals of the load.

Dans une solution connue, ce problème est résolu en faisant comporter au commutateur des moyens pour comparer la tension collecteur-émetteur du transistor principal à une tension de référence et bloquer ledit transistor dés que ladite tension collecteur-émetteur dépasse ladite tension de référence. In a known solution, this problem is resolved by making the switch have means for comparing the collector-emitter voltage of the main transistor with a reference voltage and blocking said transistor as soon as said collector-emitter voltage exceeds said reference voltage.

Dans le mode d'exécution décrit dans la demande de brevet français n° 76.13927 du 10 mai 1976, lesdits moyens comprennent un premier transistor auxiliaire, les émetteurs des deux transistors étant communs, le collecteur du transistor principal et la base du transistor auxiliaire étant reliés à un point commun, respectivement par l'intermédiaire de deux diodes montées tête-bêche et un second transistor auxiliaire, monté avec le premier en multivibrateur astable, le collecteur du premier transistor auxiliaire étant relié à la base du transistor principal. In the embodiment described in French patent application No. 76.13927 of May 10, 1976, said means comprise a first auxiliary transistor, the emitters of the two transistors being common, the collector of the main transistor and the base of the auxiliary transistor being connected at a common point, respectively by means of two diodes mounted head to tail and a second auxiliary transistor, mounted with the first as an astable multivibrator, the collector of the first auxiliary transistor being connected to the base of the main transistor.

Tant que la tension collecteur-émetteur du transistor principal de commutation reste inférieure à la valeur maximale autorisée, le premier transistor auxiliaire est bloqué et le second est alors à l'état conducteur. Au-delà de cette valeur maximale, le premier transistor auxiliaire se débloque, ce qui a pour effet de bloquer le transistor principal de commutation. En outre, le déblocage du premier transistor auxiliaire a pour effet de bloquer le second, faisant ainsi basculer le multivibrateur astable, ce qui fournit une impulsion sur la base du transistor principal de commutation, lequel passe de nouveau à l'état saturé et peut y rester, si la charge a repris sa veleur normale. Il y a ainsi réarmement automatique du montage après disparition du court-circuit. As long as the collector-emitter voltage of the main switching transistor remains below the maximum authorized value, the first auxiliary transistor is blocked and the second is then in the conducting state. Beyond this maximum value, the first auxiliary transistor is turned on, which has the effect of blocking the main switching transistor. In addition, the unblocking of the first auxiliary transistor has the effect of blocking the second, thus switching the astable multivibrator, which provides a pulse on the basis of the main switching transistor, which goes back to saturated state and can there remain, if the load has returned to its normal velocity. There is thus automatic rearming of the assembly after disappearance of the short-circuit.

s L'invention propose un commutateur ayant des moyens de comparaison et de blocage simplifiés, pouvant être utilisé lorsque le signal de commande provient de l'intégration d'impulsions récurrentes. Une utilisation particulièrement intéressante est le cas d'un détecteur photo-électrique comporant une diode io électro-luminescente, émettrice de lumière, excitée par des impulsions fournies par un multivibrateur et associée à un phototransistor récepteur dont le courant est, après mise en forme éventuelle, intégré pour fournier le signal de commande. Un détecteur de ce genre est en particulier décrit dans la demande 15 de brevet français déposée le 25.05.79 sous le N° 79.13316 par la titulaire, pour: «Détecteur photo-électrique de la présence d'un objet, du type à deux fils». The invention provides a switch having simplified comparison and blocking means, which can be used when the control signal comes from the integration of recurrent pulses. A particularly advantageous use is the case of a photoelectric detector comprising a light emitting diode, emitting light, excited by pulses supplied by a multivibrator and associated with a receiving phototransistor whose current is, after possible shaping , integrated to provide the control signal. A detector of this kind is described in particular in French patent application 15 filed on 25.05.79 under No. 79.13316 by the licensee, for: "Photoelectric detector of the presence of an object, of the two-wire type "

Suivant l'invention, les moyens de comparaison et de blocage comprennent un transistor auxiliaire relié au transistor 20 principal de manière telle que ledit transistor auxiliaire, normalement bloqué, se débloque lorsque, par suite d'une surintensité dans la charge, la chute de tension aux bornes du transistor principal augmente et que le déblocage du transistor auxiliaire ait alors pour effet de bloquer le transistor principal et lé transis-25 tor auxiliaire est relié à une borne destinée à recevoir les impulsions récurrentes pour bloquer périodiquement ce transistor auxiliaire, afin d'assurer le déblocage automatique du transistor principal dès que la surintensité a disparu. According to the invention, the comparison and blocking means comprise an auxiliary transistor connected to the main transistor 20 in such a way that said auxiliary transistor, normally blocked, turns off when, as a result of an overcurrent in the load, the voltage drop at the terminals of the main transistor increases and that the unlocking of the auxiliary transistor then has the effect of blocking the main transistor and the auxiliary transistor is connected to a terminal intended to receive the recurrent pulses to periodically block this auxiliary transistor, in order to ensure automatic release of the main transistor as soon as the overcurrent has disappeared.

D'autres particularités, ainsi que les avantages de l'invention 30 apparaîtront clairement à la lumière de la description détaillée ci-aprés. Other particularities, as well as the advantages of the invention will become clear in the light of the detailed description below.

La figure unique du dessin annexé représente un commutateur conforme à un mode d'exécution préféré de l'invention. The single figure of the accompanying drawing shows a switch according to a preferred embodiment of the invention.

On a représenté en T] un transistor de commande dont la 35 base est polarisée au moyen d'un pont de résistance R2, par un signal de commande intermittent appliqué à la borne d'entrée E. A control transistor is shown at T], the base of which is biased by means of a resistance bridge R2, by an intermittent control signal applied to the input terminal E.

Lorsque T[ est conducteur, la base d'un transistor principal de commutation T5, de type PNP dans l'exemple décrit, est 40 polarisée, par le passage du courant dans deux résistances R3, R4, de manière telle que T5 devienne conducteur. La tension Vs appliquée à R3 et R4 est stabilisée au moyen d'un transistor T4, d'une résistance R8 et d'une diode de Zener Zb et filtrée au moyen d'un condensateur C:. When T [is conductive, the base of a main switching transistor T5, of PNP type in the example described, is polarized, by the passage of current through two resistors R3, R4, so that T5 becomes conductive. The voltage Vs applied to R3 and R4 is stabilized by means of a transistor T4, a resistor R8 and a Zener diode Zb and filtered by means of a capacitor C :.

Il en résulte que le courant de base de T5 est constant lorsque le signal de commande est présent. As a result, the base current of T5 is constant when the control signal is present.

En cas de surintensité dans la charge Rc, due par exemple à un court-circuit, un transistor de protection T3a, ici du Type PNP, entre en conduction pour les raisons suivantes: In the event of an overcurrent in the load Rc, due for example to a short circuit, a protection transistor T3a, here of the PNP type, enters into conduction for the following reasons:

La base de T3a est polarisée par des résistances Rg, RIU, Ru, le point commun à R9 et R10 étant relié à ladite base et le point A, commun à R10 et Ru étant relié au point B du circuit de collecteur de T5, par l'intermédiaire d'une diode D2a. Lorsque T5 est normalement saturé, la tension en B est suffisante pour 55 que la diode D2a soit conductrice. La somme des chutes de tensions dans l'espace émetteur-collecteur de T5 à l'état saturé et dans la diode D2a est alors telle que le potentiel au point A est supérieur à la valeur qui résulterait du passage du courant de base de T3a (dans le pont de résistance R10~Rn) si T3 était 60 conducteur (le transistor T3a ne peut donc être que bloqué). The base of T3a is polarized by resistors Rg, RIU, Ru, the point common to R9 and R10 being connected to said base and the point A, common to R10 and Ru being connected to point B of the collector circuit of T5, by via a diode D2a. When T5 is normally saturated, the voltage at B is sufficient for 55 that the diode D2a is conductive. The sum of the voltage drops in the emitter-collector space of T5 in the saturated state and in the diode D2a is then such that the potential at point A is greater than the value which would result from the passage of the base current from T3a ( in the resistance bridge R10 ~ Rn) if T3 was 60 conductive (the transistor T3a can therefore only be blocked).

En cas de surintensité dans la charge Rc, la chute de tension dans l'espace émetteur collecteur de T5 augmente et la tension en B devient insuffisante pour débloquer la diode D2a. Le transistor T3a se met alors à conduire. Il en résulte une augmentation 65 de la chute de tension à travers R4 et Tl5 c'est-à-dire que la polarisation de base de T5 augmente, ce qui a pour effet de bloquer T5. L'effet est cumulatif et aboutit à un blocage de T5 suffisamment rapide pour éviter son échauffement excessif. In the event of an overcurrent in the load Rc, the voltage drop in the emitter-collector space of T5 increases and the voltage at B becomes insufficient to unblock the diode D2a. The transistor T3a then starts to drive. This results in an increase 65 in the voltage drop across R4 and Tl5, that is to say that the basic polarization of T5 increases, which has the effect of blocking T5. The effect is cumulative and results in a blockage of T5 fast enough to prevent it from overheating.

45 45

50 50

3 3

635 712 635,712

Les impulsions engendrées dans le montage (non figuré) qui produit le signal de commande sont appliquées à l'émetteur du transistor T3a. Par exemple, le point C est, à cet effet, relié à la cathode de la diode électroluminescente mentionnée ci-dessus et reçoit donc les impulsions engendrées par le multivibrateur d'excitation de cette diode. The pulses generated in the circuit (not shown) which produces the control signal are applied to the emitter of the transistor T3a. For example, point C is, for this purpose, connected to the cathode of the light-emitting diode mentioned above and therefore receives the pulses generated by the excitation multivibrator of this diode.

L'effet de la surintensité n'est évidemment considéré que lorsque le transistor T[ est à l'état conducteur, d'où il résulte que T5 et T3a peuvent conduire. Pendant la durée de chaque impulsion, le transistor T3a est nécessairement bloqué (les impulsions étant, à cet effet, appliquées avec la polarité convenable). The effect of the overcurrent is obviously only considered when the transistor T [is in the conducting state, from which it follows that T5 and T3a can conduct. During the duration of each pulse, the transistor T3a is necessarily blocked (the pulses being, for this purpose, applied with the appropriate polarity).

Il en résulte que T5 se débloque pendant cette durée et, à la première impulsion qui succède à la disparition de la surintensité, le commutateur se réarme automatiquement. On notera toutefois que, pendant chacune des impulsions qui interviennent alors que la surintensité est présente, T5 doit supporter un courant important sous la pleine tension. Ceci n'est acceptable que si le rapport cyclique des impulsions est faible, ce qui est le cas dans le montage de commande décrit dans la demande de brevet français déposée le 25.05.79 sous le N° 79.13316 parle titulaire, où des impulsions de 4 micro-secondes sont séparées par des intervalles de l'ordre de 1 ms. As a result, T5 is released during this time and, at the first pulse following the disappearance of the overcurrent, the switch resets automatically. It will be noted however that, during each of the pulses which occur while the overcurrent is present, T5 must withstand a large current under full voltage. This is only acceptable if the duty cycle of the pulses is low, which is the case in the control arrangement described in the French patent application filed on 25.05.79 under N ° 79.13316 by the holder, where pulses of 4 microseconds are separated by intervals of the order of 1 ms.

5 On considérera maintenant le passage de l'état bloqué de T] à l'état conducteur, à l'arrivée du signal de commande et en supposant, qu'à cet instant, il n'existe pas de possibilité de surintensité dans la charge. Cet instant ne coïncidant pas avec l'une des impulsions, T3a est débloqué, absorbe le courant de Tb si io bien que T5 ne peut se débloquer qu'au moment de l'impulsion suivante, T3a se bloquant à ce moment, et restant bloqué tant qu'aucune surintensité n'intervient. On voit donc que la protection a pour effet de provoquer un léger retard à la commutation. 5 We will now consider the transition from the blocked state of T] to the conductive state, on arrival of the control signal and assuming that at this instant there is no possibility of overcurrent in the load. . This instant does not coincide with one of the pulses, T3a is released, absorbs the current of Tb so io that T5 can only be released at the time of the next pulse, T3a blocking at this time, and remaining blocked as long as no overcurrent occurs. It can therefore be seen that the protection has the effect of causing a slight delay in switching.

Toutefois, ce retard, inférieur à la période des impulsions, 15 donc de l'ordre de la ms seulement, dans l'exemple considéré, ne présente pas d'inconvénient pratique. However, this delay, less than the period of the pulses, therefore of the order of only ms, in the example considered, does not present any practical disadvantage.

On notera que la protection décrite fonctionne même dans le cas d'une augmentation progressive et lente de l'intensité débitée par la charge. It will be noted that the protection described operates even in the case of a gradual and slow increase in the intensity delivered by the load.

C VS

1 feuille dessins 1 sheet of drawings

Claims

635,712

1. Switch comprising a main switching transistor intended to flow into a load and released by injection of a substantially constant current into its base under the action of a control signal obtained by integration of recurrent pulses, and means for comparing the collector-emitter voltage of the main transistor with a reference voltage and blocking said transistor as soon as said collector-emitter voltage exceeds the reference voltage, characterized in that said means comprise an auxiliary transistor connected to the main transistor so that said auxiliary transistor, normally blocked, is released when, as a result of an overcurrent in the load, the voltage drop across the main transistor increases and the unlocking of the auxiliary transistor then has the effect of blocking the main transistor, and in this that said auxiliary transistor is connected to a terminal intended to receive said recurrent pulses for periodically block this auxiliary transistor, to ensure automatic unlocking of the main transistor as soon as the overcurrent has disappeared.

2. Switch according to claim 1, characterized in that, the base of the auxiliary transistor being biased by a bridge of two resistors, the point common to these two resistors is connected by a diode to the collector of the main transistor.

2

3. Use of the switch according to claim 1 or 2 in a photoelectric detector comprising a multivibrator which excites in pulses a light-emitting diode coupled to a photo-transistor, the current of which is integrated to supply said control signal, said pulses being applied to the emitter of said auxiliary transistor.